高速鐵路自密實(shí)混凝土的研究和應(yīng)用

梁高才

(中鐵五局一公司，湖南 長(zhǎng)沙 410117)

0 引言

早在20 世紀(jì)80 年代，日本相關(guān)的科學(xué)人員就意識(shí)到如何增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的問(wèn)題。如果想要得到較高的耐久性，則需要操作熟練的技術(shù)人員經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間振搗才能完成，考慮到在日本施工領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才連年減少，進(jìn)而導(dǎo)致了混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。在這種情況下，自密實(shí)混凝土概念提出，即僅僅依靠自身重力使混凝土密實(shí)地填充模板，而這一概念是在1986 年由Okamura 正式提出［1］。隨著技術(shù)的不斷完善，比如超塑化劑的研發(fā)就使得自密實(shí)混凝土從理論層面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步。近年來(lái)，自密實(shí)混凝土已在美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家推廣應(yīng)用。

1 自密實(shí)混凝土的性能特點(diǎn)

首先，自密實(shí)混凝土的性能主要包括高流動(dòng)性、抗離析性和填充性，基于此性能，自密實(shí)混凝土擁有眾多優(yōu)點(diǎn):

1)保證混凝土良好的密實(shí)。

2)提高生產(chǎn)效率。

3)改善工作環(huán)境和安全性。

4)改善混凝土的表面質(zhì)量。

5)增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度。

其次，自密實(shí)混凝土高粉體用量、低水膠比、低骨料用量的配合比特征以及自密實(shí)混凝土高流動(dòng)性決定了自密實(shí)混凝土的敏感性特點(diǎn)。

1)原材料敏感性。

原材料的性能在一定程度上決定著自密實(shí)混凝土的性能，特別當(dāng)原材料的性能相對(duì)波動(dòng)較大，會(huì)嚴(yán)重影響混合物性能。

2)溫度敏感性。

考慮到自密實(shí)混凝土制作過(guò)程中加入了大量的膠凝材料、外加劑等，這樣，當(dāng)外界環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致水分從水泥析出及降低外加劑的減水作用，其工作性能會(huì)下降，施工入模溫度應(yīng)控制在5 ℃～30 ℃。

3)時(shí)間敏感性。

相關(guān)技術(shù)人員研究了自密實(shí)混凝土性能隨時(shí)間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在時(shí)間段內(nèi)的某一時(shí)刻自密實(shí)混凝土?xí)スぷ餍阅?。如果混凝土自身密?shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，那么將會(huì)影響到材料的性能和施工效果。所以在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)保證各環(huán)節(jié)都能如期完成，避免出現(xiàn)脫節(jié)進(jìn)而影響到混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

2 自密實(shí)混凝土的配制原理

自密實(shí)混凝土的制作過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，但其關(guān)鍵之處就在于保證其流動(dòng)性與抗離析性能夠相互協(xié)調(diào)。具體來(lái)講，就是保證自密實(shí)拌合物在多相流的流速很快時(shí)，不會(huì)發(fā)生骨料沉淀到混合物中，從而有很好的和易性。

自密實(shí)混凝土其原理主要是賓漢姆方程，即τ=τ0+ηy。其中，τ 為混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的剪應(yīng)力;τ0為屈服應(yīng)力;y 為剪切速率;η為塑性粘度，代表了混凝土自身內(nèi)部阻礙流動(dòng)的一種性能，η 值越大，則說(shuō)明在同等外力的情況下混凝土拌合物的流速越小。另外傳統(tǒng)制作工藝即振搗工序的目的就是減小τ0的值，從而使混凝土保持液態(tài)流動(dòng)密實(shí)成型，同理，自密實(shí)混凝土的制作過(guò)程，通過(guò)摻入粉煤灰和高效減水劑等原材料，充分考慮高效減水劑與水泥的適用性，尋找合適的配合比，使τ0達(dá)到同樣的范圍，保證流動(dòng)性和抗離析性的統(tǒng)一，拌合物能很好的密實(shí)填充模板各處，形成均勻的結(jié)構(gòu)。

自密實(shí)混凝土配合比應(yīng)根據(jù)應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，工藝和環(huán)境因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，在綜合考慮混凝土自密實(shí)性能、強(qiáng)度、耐久性的基礎(chǔ)上，提出初步配合比，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試配得出滿足工作性要求的基準(zhǔn)配合比，并進(jìn)一步經(jīng)強(qiáng)度、耐久性復(fù)核得到生產(chǎn)配合比。

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)采用絕對(duì)體積法，水膠比小于0.42，膠凝材料用量控制在450 kg/m3～550 kg/m3，并通過(guò)增加膠凝材料的方法適當(dāng)增加漿體體積或通過(guò)添加外加劑來(lái)改善混凝土的粘聚性和流動(dòng)性。

3 自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程

自密實(shí)混凝土技術(shù)在建筑施工領(lǐng)域越來(lái)越受到重視，并對(duì)該行業(yè)作出了突出的貢獻(xiàn)。因此在2006 年中國(guó)就出爐了有關(guān)自密實(shí)混凝土的技術(shù)規(guī)程，即2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，這部規(guī)程又被稱(chēng)作自密實(shí)混凝土標(biāo)準(zhǔn)CECS 203，是首部有關(guān)自密實(shí)混凝土的官方標(biāo)準(zhǔn)和文件，在自密實(shí)混凝土的發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義［2］。但是其中對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的一些標(biāo)準(zhǔn)劃定的太高，不接地氣。因此6 年后，新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 283—2012 自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程頒布，從此國(guó)內(nèi)的技術(shù)便以新頒布的為準(zhǔn)。

鑒于骨料對(duì)自密實(shí)混凝土自密實(shí)性的重要影響，因此新規(guī)程也同樣給出粗細(xì)骨料參數(shù)。該規(guī)程在基于大量研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，規(guī)定1 m3的混凝土拌合物中摻雜的粗骨料體積范圍取0.28 m3～0.35 m3為宜，當(dāng)取值不在該范圍時(shí)均會(huì)影響自密實(shí)拌合物的性能。同樣，在制作時(shí)砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)宜控制在0.42～0.45，既能保證強(qiáng)度，又能保證其穩(wěn)定性。

4 自密實(shí)混凝土在高速鐵路中的應(yīng)用

4.1 自密實(shí)混凝土應(yīng)用概況

國(guó)內(nèi)自密實(shí)混凝土首次應(yīng)用在高速鐵路中的項(xiàng)目是京津城際鐵路亦莊車(chē)站，亦莊車(chē)站2 號(hào)/4 號(hào)渡線道岔采用2 組18 號(hào)板式無(wú)砟道岔。填充層創(chuàng)新性地采用C40 自密實(shí)混凝土，通過(guò)重力式灌注，道岔分組施工。其中，自密實(shí)混凝土按照規(guī)范要求擴(kuò)展度應(yīng)大于700 mm，28 d 抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于40 MPa;C40 自密實(shí)混凝土也成功應(yīng)用在武廣高鐵花都車(chē)站建設(shè)中［3］。

4.2 存在的問(wèn)題與解決方案

1)自密實(shí)混凝土應(yīng)用的空間發(fā)生變化會(huì)引起對(duì)自密實(shí)混凝土性能要求的改變，因此應(yīng)充分了解各種應(yīng)用范圍的要求，根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、配筋狀態(tài)、施工方式等特點(diǎn)選擇自密實(shí)性能指標(biāo)，相對(duì)工民建筑而言，高速鐵路要求有更高的自密實(shí)性能，必要時(shí)還應(yīng)采取其他的施工措施。

2)自密實(shí)混凝土除了受空間的影響存在不同的問(wèn)題外，這種技術(shù)與鐵路的條狀分布結(jié)構(gòu)也存在一定程度的不一致現(xiàn)象。這種不一致主要體現(xiàn)在自密實(shí)混凝土的原材料對(duì)周?chē)h(huán)境具有很大的依賴(lài)性，在一處取得的原材料在下一處就會(huì)不適合甚至沖突。為克服這一問(wèn)題，要求現(xiàn)場(chǎng)施工人員采用自密實(shí)混凝土?xí)r必須就地取材，不可貪圖一時(shí)的便利而制造出不適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的混凝土。此外，在選用原材料時(shí)要注重原料的穩(wěn)定性，將這一性能放在第一位進(jìn)行考慮。

3)自密實(shí)混凝土本身具有很高的時(shí)效性，但攪拌站的分布卻過(guò)于分散，不能在最快的時(shí)間內(nèi)將混凝土輸送到需要的地方，使得原本高質(zhì)量的混凝土因延時(shí)而變差。雖然目前鐵路沿線的攪拌站已經(jīng)可以為鐵路施工提供自密實(shí)混凝土，但這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，攪拌站的數(shù)量需要進(jìn)一步增加。除此之外，要盡力縮短由攪拌站到施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸自密實(shí)混凝土的時(shí)間，安排專(zhuān)路專(zhuān)線專(zhuān)人負(fù)責(zé)，以提高工作效率和保證自密實(shí)混凝土的質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

自密實(shí)混凝土相比于傳統(tǒng)的混凝土有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在建筑施工領(lǐng)域廣受歡迎。在目前國(guó)內(nèi)的高速鐵路建設(shè)一日千里的背景下，自密實(shí)混凝土更是受到了前所未有的重視。鑒于此，本文從自密實(shí)混凝土的性能特點(diǎn)出發(fā)，重點(diǎn)對(duì)其中的技術(shù)原理及其應(yīng)用進(jìn)行了探討，隨后從專(zhuān)業(yè)的角度提出了目前自密實(shí)混凝土本身存在的問(wèn)題并提出了建議解決方案，從而為進(jìn)一步完善自密實(shí)混凝土技術(shù)并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍作出貢獻(xiàn)。

［1］劉小潔，余志武.自密實(shí)混凝土的研究與應(yīng)用綜述［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006(2):6-10.

［2］齊永順，楊玉紅.自密實(shí)混凝土的研究現(xiàn)狀分析及展望［J］.混凝土，2007(1):25-28.

［3］趙 筠.自密實(shí)混凝土的研究和應(yīng)用［J］.混凝土，2003(6):9-17.